Thiết bị và quá trình truyền chất - Chương 4

30
CHỈÅNG IV
CÄNG NGHÃÛ SN XÚT AXIT SUNFUARIC

I. Khại niãûm chung:
1/ Cạc tênh cháút ca axit sunphuaric:
- Axit sunphuaric l mäüt cháút lng nhåït, khäng mu, säi dỉåïi ạp sút thỉåìng åí
nhiãût âäü 296.2
o
C.
- Axit sunphuaric cọ thãø ho tan trong nỉåïc våïi mäüt báút kç tè lãû no, tảo thnh cạc
loải hydrat H
2
SO
4
.H
2
O, H
2
SO
4
.2H
2
O, ..., H
2
SO
4
.42H
2
O. Trong ké thût, ngỉåìi ta gi
chung dung dëch ca H

2
SO
4
trong nỉåïc åí cạc näưng âäü (H
2
SO
4
+nH
2
O) l axit sunphuaric.
- Axit sunphuaric cng tảo thnh cạc håüp cháút våïi SO
3
, tảo thnh H
2
SO
4
.SO
3
, v
H
2
SO
4
.2SO
3
, gi l oleum (näưng âäü oleum âỉåüc xạc âënh bàòng % trng lỉåüng SO
3
tỉû do
trong axit)
- Axit sunphuaric ho tan âa säú cạc kim loải v âáøy âỉåüc cạc axit khạc ra khi

múi ca chụng, v âäút chạy táút c cạc tãú bo âäüng thỉûc váût do tênh hụt nỉåïc ca nọ.
2/ ỈÏïng dủng ca axit sunphuaric:
Axit sunphuaric l mäüt trong nhỉỵng håüp cháút vä cå cå bn cọ vai tr quan trng
nháút trong cäng nghãû hoạ hc. Axit sunphuaric âỉåüc sỉí dủngk háưu hãút trong cạc ngnh
cäng nghiãûp: hoạ cháút, phán bọn (sunphephätphat, amänisunphat, ...), âiãưu chãú cạc loải
axit khạc (HCl, H
3
PO
4
, HF, ...), thúc nhüm, sån, thúc näø, cháút táøy rỉía täøng håüp, cháút
do, este, ngnh luûn kim, cäng nghãû vi såüi, accu, thỉûc pháøm, ...
3/ Cạc phỉång phạp sn xút axit sunphuaric:
Hiãûn nay sn xút axit sunphuaric bàòng cạch cho nỉåïc tạc dủng våïi khê anhydric
sunphuaric (SO
3
). Quạ trçnh ny gäưm 3 giai âoản:
- Âiãưu chãú khê sunphuarå (SO
2
) tỉì qûng pyrit (FeS
2
) hồûc âäút lỉu hunh (S).
- Oxy hoạ SO
2
→ SO
3
: 2 SO
2
+ O
2
→ SO

3

- Háúp thủ SO
3
bàòng H
2
O: SO
3
+ H
2
O → H
2
SO
4

Trong cäng nghiãûp cọ hai phỉång phạp sn xút H
2
SO
4
ch úu khạc nhau åí giai
âoản oxy hoạ SO
2
→ SO
3
. Âọ l phỉång phạp tiãúp xục (xục tạc ràõn) v phỉång phạp
Niträza (dng nitå oxyt cháút chuøn oxy)
II. Âiãưu chãú khê sunphuarå:
1/ Ngun liãûu l qûng pyrit:
- Thnh pháưn ch úu l FeS
2

, ngoi ra cn cọ cạc håüp cháút sunphua ca Cu, Zn,
Pb, ... v múi sunphat ca K, Mg, Ag, Au, ...
Khi âäút qûng s xy ra cạc phn ỉïng:
4 FeS
2
+ 11O
2
= 8SO
2
+ 2Fe
2
O
3

ÅÍ nhiãût âäü cao v dỉ nhiãưu oxy thç phn ỉïng xy ra nhỉ sau:
3 FeS
2
+ 8O
2
= 6SO
2
+ Fe
3
O
4

31
Cạc phn ỉïng âãưu to nhiãût v nhiãût to ra â âãø duy trç quạ trçnh âäút qûng,
khäng cáưn phi cung chap nhiãût tỉì bãn ngoi.
- Cọ hai kiãøu l âäút qûng pyrit: l táưng säi v l táưng cå khê (BXZ Liãn Xä), loải

ny hiãûn nay êt âỉåüc sỉí dủng vç kãút cáúu phỉïc tảp v nàng sút tháúp.
* Så âäư ngun lê ca l táưng säi (Hçnh 4.1.)
- L hçnh trủ bàòng thẹp, bãn trong cọ lọt mäüt låïp váût liãûu chëu lỉía (1). Phêa dỉåïi cọ
ghi l (2). Qûng âỉåüc nghiãưn nh cåỵ hảt 6mm âỉa vo phêa trãn lỉåïi (ghi l). Khäng khê
âỉåüc thäøi tỉì dỉåïi lãn qua lỉåïi, våïi täúc âäü â âãø duy trç låïp qûng åí trảng thại lå lỉỵng,
âỉåüc gi l táưng säi.
- Quạ trçnh âäút âỉåüc tiãún hnh liãn tủc, khäng khê, qûng âỉa liãn tủc vo v
qûng thiãu âỉåüc liãn tủc láúy ra. Khê SO
2
láúy ra trãn thạp. Khê ra khi l táưng säi âem
theo mäüt lỉåüng bủi låïn tåïi 90%-95% khäúi lỉåüng qûng thiãu.
- Nhiãût âäü táưng säi phi duy trç åí 750
o
C âãø cạc hảt qûng thiãu khäng dênh âỉåüc
våïi nhau. Âãø duy trç nhiãût âäü ny trong táưng säi thỉåìng bäú trê cạc thiãút bë lm lảnh bàòng
nỉåïc hồûc hãû thäúng cạc äúng l håi âãø rụt nhiãût do phn ỉïng âäút qûng to ra. Do âọ, táưng
säi cọ tạc dủng phủ l sn xút håi nỉåïc.
Kiãøu l táưng säi cng cọ thãø dng âäút lỉu hunh.
Ỉu âiãøm: cáúu tảo âån gin, dãù âiãưu khiãøn. Khê SO
2
cọ näưng âäü äøn âënh, lỉåüng lỉu
hunh cn lải trong qûng tháúp.
Nhỉåüc âiãøm: täún nàng lỉåüng âãø thäøi khäng khê nhàòm duy trç qûng åí trảng thại
táưng säi v khê SO
2
chỉïa nhiãưu bủi (300g/m
3
)
2/ Ngun liãûu l lỉu hunh:
S + O

2
= SO
2

Phn ỉïng ny xy ra nhanh v to nhiãût. Hiãûn nay, ngỉåìi ta sỉí dủng räüng ri l âäút
lỉu hunh lng.
* Så âäư lỉu trçnh âäút lỉu hunh lng (Hçnh 4.2.)
- Lỉu hunh âỉåüc âỉa vo ngàn thỉï nháút ca näưi náúu (1). Lỉu hunh chy lng
âỉåüc båm (2) âỉa qua thiãút bë lc (3) âãø tạch tảp cháút, räưi qua ngàn thỉï hai ca näưi náúu
(1). Sau âọ âỉåüc båm (4) âỉa lỉu hunh lng cng våïi khäng khê â lm sảch (khäng khê
qua thiãút bë lc (7) âãø tạch tảp cháút v qua thạp sáúy (8) âãø tạch håi nỉåïc bàòng H
2
SO
4
) vo
vi phun lỉu hunh v vo l âäút (6). L âäút hçnh trủ nàòm ngang bàòng thẹp, trong cọ lọt
váût liãûu chëu nhiãût, v cọ cạc ngàn âãø tạch tảp cháút. (cọ thãø thay l ny bàòng thiãút bë táưng
säi våïi cháút mang l cạt, qûng thiãu).
- Khê SO
2
ra khi l âäút cọ nhiãût âäü 850-900
o
C âỉåüc âỉa qua näưi håi thu häưi (9)
âãø táûn dủng nhiãût thỉìa.
III. Lm sảch khê SO
2
:
Khê SO
2
åí l âäút ra cn chỉïa bủi v tảp cháút (As

2
O
3
v SeO
2
: lm gim hoảt tênh
xục tạc). Lỉåüng bủi trong khê tu thüc vo l âäút, cọ thãø dao âäüng khạ låïn 300g/m
3
(táưng
säi) → 10-15 g/m
3
(táưng cå khê). Cáưn phi khỉí bủi v tảp cháút vç nọ s lm báøn axit
32
H
2
SO
4
tảo thnh v lm gim hoảt tênh xục tạc trong thiãút bë oxy hoạ SO
2
. (xục tạc cho
phn ỉïng oxy hoạ SO
2
thỉåìng l V
2
O
5
).
* Så âäư lỉu trçnh lm sảch khê SO
2
(Hçnh 4.3.):

- Trỉåïc hãút, ngỉåìi ta dng cyclon âãø lm sảch bủi så bäü, nhàòm gim hm lỉåüng
bủi xúng cn khong 15-20 g/m
3
(táưng säi). Sau âọ, khê âỉåüc âỉa vo thiãút bë lc âiãûn
khä (1), âãø tiãúp tủc khỉí bủi âãún 0.25 g/m
3
. Nhiãût âäü trong thiãút bë lc âiãûn khä khong
350-400
o
C. ÅÍ nhiãût âäü ny, håüp cháút ca As v Se åí thãø håi khäng khỉí âỉåüc. Âãø khỉí tảp
cháút ny bàòng thiãút bë lc âiãûn cáưn phi chuøn chụng thnh m, bàòng cạch cho khê qua
thạp rỉía (2) v (3) trỉåïc khi vo thiãút bë lc âiãûn sau (vç váûy gi l thiãút bë lc âiãûn ỉåït).
ÅÍ thạp (2) khê âi tỉì dỉåïi lãn trãn v âỉåüc lm lảnh bàòng H
2
SO
4
60-70% do mäüt hãû thäúng
vi phun li tám vo thạp (âỉåüc båm tỉì thng (9) lãn). Nhiãût âäü ca khê âỉåüc hả xúng
80
o
C. Tải thạp ny s khỉí mäüt pháưn bủi cn lải, ngỉng tủ âỉåüc mäüt pháưn m axit tảo
thnh trong thạp do khê SO
3
cọ trong khê phn ỉïng våïi axit lm lảnh. Mäüt pháưn håüp cháút
ca As v Se âỉåüc ho tan trong axit hồûc làõng xúng dỉåïi dảng bn. Thạp rỉía (3) l mäüt
thạp âãûm âỉåüc tỉåïi bàòng H
2
SO
4
30% lm cho nhiãût âäü khê gim xúng 30

o
C.
- Sau khi qua thạp (3) khê liãn tiãúp âi qua hai thiãút bë lc âiãûn (4) v (6) âãø tạch
hãút m axit v cạc håüp cháút ca As v Se. V âãø tạch hon ton m axit trỉåïc khi qua
thiãút bë lc âiãûn (6), khê âỉa qua thạp tàng áøm (5) tỉåïi bàòng axit H
2
SO
4
5%, nhàòm lm cho
cạc hảt m nh m lc âiãûn (4) khäng tạch âỉåüc to lãn. Sau khi qua thiãút bë lc âiãûn, nhiãût
âäü khê gim xúng cn 25-30
o
C v näưng âäü SO
2
khong 9-15% (näưng âäü täúi ỉu ca SO
2
âäúi våïi phn ỉïng oxy hoạ l 7%). Do váûy, phi måí van chuøn khäng khê vo âãø âiãưu
chènh. Sau âọ, khê qua thạp sáúy (7) cọ cáúu tảo nhỉ thạp rỉía (3), thạp âỉåüc tỉåïi bàòng
H
2
SO
4
93-95% âãø hụt nỉåïc, lm gim âäü áøm ca khê xúng dỉåïi 0.15 g/m
3
.
IV. Âiãưu chãú axit H
2
SO
4
theo phỉång phạp tiãúp xục:

Häùn håüp khê SO
2
khä v sảch cọ hm lỉåüng SO
2
tỉì 7-7.5% v nhiãût âäü 45-50
o
C
âỉa sang cäng âoản âiãưu chãú H
2
SO
4
. Cäng âoản ny gäưm hai giai âoản: oxy hoạ SO
2

thnh SO
3
v háúp thủ khê SO
3
.
1/ Oxy hoạ SO
2
:
Phn ỉïng oxy hoạ SO
2
to nhiãût våïi cháút xục tạc V
2
O
5
, nhiãût âäü phn ỉïng oxy hoạ
täút nháút khong 440

o
C räưi gim xúng 415-420
o
C. Do âọ, trỉåïc khi âỉa vo thiãút bë tiãúp
xục âãø thỉûc hiãûn phn ỉïng oxy hoạ, khê phi gia nhiãût âãún mäüt nhiãût âäü cáưn thiãút.
* Så âäư lỉu trçnh cäng nghãû ca cäng âoản ny (Hçnh 4.4.)
- Häùn håüp khê sau khi âỉåüc mạy nẹn (1) nẹn qua thiãút bë lc (2), âi vo thiãút bë
truưn nhiãût kiãøu äúng chm (3) v âỉåüc gia nhiãût âãún nhiãût âäü 230-240
o
C bàòng nhiãût âäü
khê SO
3
tỉì thiãút bë tiãúp xục (4) ra.
Cọ nhiãưu kiãøu thiãút bë tiãúp xục, åí âáy sỉí dủng thiãút bë tiãúp xục cọ kiãøu truưn nhiãût
trung gian. Thiãút bë ny cọ 4 táưng xục tạc (I, II, III v IV) v cọ 3 thiãút bë truưn nhiãût
trung gian (A, B, v C) (Hçnh 4.4.).
33
- Tỉì thiãút bë truưn nhiãût (3) ra, khê láưn lỉåüt qua cạc thiãút bë truưn nhiãût trung
gian tỉì A âãún C v nhiãût âäü ca khê lãn tåïi 440
o
C âi vo âènh thạp tiãúp xục. Sau khi qua
låïp xục tạc I, 70% khê SO
2
bë oxy hoạ thnh SO
3
v nhiãût âäü khê tàng lãn 590-600
o
C, häùn
håüp khê âi vo thiãút bë truưn nhiãût C âỉåüc lm lảnh xúng âãún 450-460
o

C, khê tiãúp tủc
qua låïp xục tạc II nángmỉïc oxy hoạ SO
2
lãn 90%. Sau khi qua thiãút bë truưn nhiãût B âãø
hả nhiãût âäü xúng 440
o
C, khê âi vo låïp xục tạc III náng mỉïc chuøn hoạ SO
2
lãn 96%.
Khi âi vo låïp xục tạc IV khê åí nhiãût âäü 415-418
o
C v tải âáy SO
2
chuøn hoạ tiãúp lãn
âãún 98%.
2/ Háúp thủ SO
3
:
- Häùn håüp khê SO
3
tỉì thiãút bë tiãúp xục (4) ra qua thiãút bë truưn nhiãût (3) âi vo
thiãút bë lm lảnh bàòng nỉåïc (5) hả nhiãût âäü xúng 60
o
C räưi âi vo hãû thäúng cạc thiãút bë
háúp thủ SO
3
(6), (7) (âáy l cạc thạp âãûm). Âáưu tiãn khê âi vo (6) âiãưu chãú oleum 18.5-
20% SO
3
âãø háúp thủ SO

3
. Oleum ra khi thạp (6) cọ näưng âäü SO
3
ho tan lãn âãún 22%.
Mäüt pháưn oleum âỉåüc pha long âãún näưng âäü qui âënh bàòng axit thỉì thạp (7) sangv tưn
hon tråí lải thạp.
- ÅÍ thạp (7) khê âỉåüc háúp thủ bàòng axit 68.3%. Sau khi ra khi thạp (7) näưng âäü
axit lãn âãún 98.7-99%, sau âọ âỉåüc pha long bàòng nỉåïc hồûc bàòng axit v tưn hon tråí
lải. Axit c hai thạp trỉåïc khi båm lãn thạp âãưu phi âỉåüc lm lảnh. Hiãûu sút háúp thủ
SO
3
c hai thạp lãn âãún 99.9%.
- Khi ra khi hãû thäúng háúp thủ, khê cn chỉïa êt SO
2
v âem theo bt axit. Trỉåïc
khi thi ra ngoi khê quøn âỉåüc âỉa qua thng tạch bt (8) âãø giỉỵ lải axit, sau âọ vo
thạp âãûm (9), åí âáy dng dung dëch NH
4
OH âãø háúp thủ SO
2
. Sn pháøm quạ trçnh ny l
cạc múi (NH
4
)
2
SO
3
, NH
4
HSO

3
, v (NH
4
)
2
SO
4
.